Morphology of carbonate crystals grown on the surface of artificial cell membranes was controlled by changing the interfacial chemistry. For octadecyltriethoxysilane (OTE) films with terminal methyl groups interacting little with an aqueous calcium carbonate solution calcite (104) crystals were formed. Polymerized pentacosadiynoic acid (PDA) films with terminal carboxylic acid groups induced deposition of calcite (012) crystals aligned along with each other within a polymer domain. On the other hand, stearyl alcohol (StOH) films with terminal hydroxyl groups induced deposition of aragonite crystals. When PDA was mixed with StOH, the 8:1 PDA:StOH (molar ratio) film produced dominating calcite (012) crystals without any crystal alignment, and the 4:1 mixture film produced minor calcite (012) crystals and major aragonite crystals. For the 2:1, 1:1, 1:2, and 1:4 mixture films, aragonite crystals were dominating. Hence, it is found that the chemical composition at the interface plays a very important role in controlling the morphology of deposited carbonate crystals.
Crystallization of calcium carbonate was performed by using aqueous calcium chloride and sodium carbonate for operational simplicity. Reaction time, solute concentrations, pH, and organic additive were varied to get calcium carbonate crystals. Silk fibroin was used as the additive to understand the change of morphology of calcium carbonate crystal. The crystals were analyzed by FE-SEM, XRD, and FT-IR. Reaction time, and pH mainly affected the morphology of crystals. Besides, it was found that silk fibroin inhibited the formation of vaterite and promoted the calcite forms.
Amorphous calcium carbonate (ACC) can readily be prepared using ethanol as the reaction medium and ammonium carbonate as the source of carbon dioxide. Other additives, or any elaborate pH control are not needed to form the initial calcium carbonate precipitate. Ammonia generated from ammonium carbonate maintains the reaction medium in a neutral or weakly basic condition, retarding the crystallization of ACC, while ethanol itself inhibits the dissolution of ACC. The ACC prepared in this way provides a rare opportunity to fabricate molded biomimetic crystals in vitro, but the ACC is too fragile to be fabricated into proper shapes. The malleability of ACC is, however, greatly enhanced by incorporating poly(ethylenimine) (PEI). The ACC/PEI composite can then be fabricated, using a proper mold or template, into mechanically durable biomimetic crystals of definite shape. The ACC in the ACC/PEI composite can further be transformed into vaterite by heating under N2 atmosphere, while the native ACC simply converts into calcite.
Qi, Yongshuai;Gao, Yufeng;Meng, Hao;He, Jia;Liu, Yang
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.1
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pp.79-90
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2022
Soybean-urease induced carbonate precipitation (EICP), as an alternative to microbially induced carbonate precipitation (MICP), was employed for soil improvement. Meanwhile, soluble calcium produced from industrial waste carbide slag powder (CSP) via the acid dissolution method was used for the EICP process. The ratio of CSP to the acetic acid solution was optimized to obtain a desirable calcium concentration with an appropriate pH. The calcium solution was then used for the sand columns test, and the engineering properties of the EICP-treated sand, including unconfined compressive strength, permeability, and calcium carbonate content, were evaluated. Results showed that the properties of the biocemented sand using the CSP derived calcium solution were comparable to those using the reagent grade CaCl2. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses revealed that spherical vaterite crystals were mainly formed when the CSP-derived calcium solution was used. In contrast, spherical calcite crystals were primarily formed as the reagent grade CaCl2 was used. This study highlighted that it was effective and sustainable to use soluble calcium produced from CSP for the EICP process.
Biocementation due to the microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) process is a potential technique that can be used for soil improvement. However, the effect of biocementation may be affected by many factors, including nutrient concentration, bacterial strains, injection strategy, temperature, pH, and soil type. This study investigates mainly the effect of chemical concentration on the formation of calcium carbonate (e.g., quantity, size, and crystalline structure) and unconfined compressive strength (UCS) using different treatment time and chemical concentration in the biotreatment. Two chemical concentrations (0.5 and 1.0 M) and three different treatment times (2, 4, and 8 cycles) were studied. The effect of chemical concentrations on the treatment was also examined by making the total amount of chemicals injected to be the same, but using different times of treatment and chemical concentrations (8 cycles for 0.50 M and 4 cycles for 1.00 M). The UCS and CCC were measured and scanning electron microscopy (SEM) analysis was carried out. The SEM images revealed that the sizes of calcium carbonate crystals increased with an increase in chemical concentrations. The UCS values resulting from the treatments using low concentration were slightly greater than those from the treatments using high concentration, given the CCC to be more or less the same. This trend can be attributed to the size of the precipitated crystals, in which the cementation efficiency increases as the crystal size decreases, for a given CCC. Furthermore, in the high concentration treatment, two mineral types of calcium carbonate were precipitated, namely, calcite and amorphous calcium carbonate (ACC). As the crystal shape and morphology of ACC differ from those of calcite, the bonding provided by ACC can be weaker than that provided by calcite. As a result, the conditions of calcium carbonate were affected by test key factors and eventually, contributed to the UCS values.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.15
no.3
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pp.93-98
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2005
The crystal growth of calcite at a low temperature range was carried out by the hydrothermal method using amorphous calcium carbonate which has excellent solubility in water. Amorphous calcium carbonate was prepared by the wet chemical reaction of a stoichiometric mixture of $CaCl_2\;and\;Na_2CO_3$. An important factor was the reaction temperature and time taken in preparation of the amorphous calcium carbonate. From the solubility results calculated by the weight loss method, $NH_4NO_3$ solutions were found to be the most promising solvents to grow calcite single crystals. The hydrothermal conditions for high growth rates of calcite single crystals were as follows: starting material: amorphous calcium carbonate, solvent: 0.01 m $NH_4NO_3$, temperature: $180^{\circ}C$, duration: 30 days. And properties of calcite single crystals were follows: dislocation density: $10^6{\sim}10cm^{-2}$, UV-visible transmittance: about 80% from 190 to 400 nm and birefringence: $0.17{\sim}0.18$. Also, it can be known from the FT-IR results that the absorption peak by injection of $HCO_3^-\;and\;OH^-$ ions was not shown.
Microbially induced calcium carbonate precipitation (CCP) is a long-standing but re-emerging environmental engineering process for production of self-healing concrete, bioremediation, and long-term storage of CO2. CCP-capable bacteria, two Bacillus strains (JH3 and JH7) and one Sporosarcina strain (HYO08), were isolated from two samples of concrete and characterized phylogenetically. Calcium carbonate crystals precipitated by the three strains were morphologically distinct according to field emission scanning electron microscopy. Energy dispersive X-ray spectrometry mapping confirmed biomineralization via extracellular calcium carbonate production. The three strains differed in their physiological characteristics: growth at alkali pH and high NaCl concentrations, and urease activity. Sporosarcina sp. HYO08 and Bacillus sp. JH7 were more alkali- and halotolerant, respectively. Analysis of the community from the same concrete samples using barcoded pyrosequencing revealed that the relative abundance of Bacillus and Sporosarcina species was low, which indicated low culturability of other dominant bacteria. This study suggests that calcium carbonate crystals with different properties can be produced by various CCP-capable strains, and other novel isolates await discovery.
Journal of the Korean Graphic Arts Communication Society
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v.13
no.1
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pp.1-12
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1995
Polymeric mesogens having a regularly alternating rigid-flexible repeating structure in the main-chain polymer exhibit distinct even-odd oscillation in their thermodynamic quantities with respect to the number of methylene units in the spacer. The even-odd oscillation depends on the number of methylene groups in the spacer the entropy change at the NI(nematic-isotropic) phase transition becomes less distinct when the linking group is replaced by the carbonate. In our previous work, we have suggested that the characteristics arise from the geometrical arrangement of the linkage. In this work, we have prepared a series of carbonate-type monomer and dimer liquid crystals. The thermodynamic behaviors at the NI phase transition have been compared with those previous reported for the ether- or ester-type liquid crystals. For the dimer series, the orientational order parameter of the mesogenic core was determined by using H-NMR technique. The origin of the difference observed among linking groups was found to the geometrical characteristics of chemical structure.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.09a
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pp.219-222
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2004
Removal characteristics of Mn and Co was studied from the contaminated solutions via surface reaction with various calcium carbonate (calcite). Synthetic calcium carbonates which has different surface morphology as well as surface areas were prepared by a spontaneous precipitation method and used. Mn and Co removal behavior by the different solid surface demonstrate characteristic sorption behaviors depend on the type of calcite used, such as surface area or surface morphology. Calcium carbonate crystals (mostly calcite) which exhibit complicated surface morphology (c-type) shows strong sorption affinity for Mn and Co removal via sorption than on the a-type or b-type calcite crystals of less complicated surfaces. The applicability of two kinetic models, the pseudo-first-order kinetic equation and the Elovich kinetic model was examined on these sorption behavior. Elovich kinetic model was found more suitable to explain the very early stage adsorption kinetics, while the pseudo-first-order kinetic equation was successfully fitted for the adsorption kinetics after 50 hours.
Crystallization experiments were performed by addition of various amino acids into biomineralization mixture of calcium carbonate. Liquid-liquid reaction of calcium carbonate was investigated by mixing calcium chloride, sodium carbonate and additives such as silk fibroin, asparagine, aspartic acid, glutamic acid and glycine. Also, the effects of reaction time, pH and solution concentration were observed. Analysis of crystals was done by FE-SEM, XRD, FT-IR equipments. FE-SEM was used in order to analyze morphology and crystal size. XRD was used to measure peak intensities and presence of $CaCO_3$ crystal. Two kinds of crystals were confirmed by FT-IR spectrum. Crystal distribution with reaction time was identified with measured peak areas of XRD and FT-IR data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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